【机组】概述精炼考点（冯诺依曼、层次结构、翻译语言、执行程序的过程、基本工作原理、运算器、控制器、存储器）

1.计算机硬件

1.1 冯诺依曼计算机

• 特点

  1.构成程序的指令和数据均采用二进制表示。

  2.指令和数据存放在存储器中，按地址访问。

  3.指令在存储器中按顺序存放。一般情况下，指令顺序执行。

  4.指令由操作码和地址码组成：

  ​ 操作码用来表示执行何种操作。

  ​ 地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

  5.机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。

  6.计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入/输出设备组成。

• 冯诺依曼计算机结构

  以运算器为中心：每次输入输出都要运算器的参与，会浪费很多可以用于运算的时间。

  

• 现代计算机结构

  以存储器为中心：输入输出可直接与存储器交换数据，以提高整体效率。

  

1.2 五大部件功能

• 输入设备

  将人们熟悉的信息形式转换为计算机能识别的信息形式。

• 输出设备

  将计算机运算结果转换为人们熟悉的信息形式。

• 存储器

  分为主存储器和辅助存储器。

  • 主存储器：用于存放程序和数据，可以直接与CPU交换信息。又称内部存储器，即内存/主存。

  • 辅助存储器：用于帮助主存存储更多的信息。又称外部存储器，即外存/辅存。辅存中的信息必须调入主存后，才能被CPU访问。

• 运算器

  核心：算术逻辑单元ALU

  主要功能：算术运算+逻辑运算

• 控制器

  核心：控制单元CU

  主要功能：

  1.用于解释存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。

  2.IO设备也受CU控制，用于完成相应的输入输出操作。

2.计算机软件

2.1 软件的分类

2.2 三种语言

• 三种语言示例

  

• 翻译程序

  

• 高级语言程序转换为可执行程序过程

  预处理 ==》编译 ==》汇编 ==》链接

  

3.计算机系统的层次结构

• 分层

  

• 软件和硬件的逻辑功能等价性

  对于一些特定的计算或控制任务，可选择将其使用软件编程来实现，也可选择设计专用硬件电路来实现，两者结果在功能上等效。

4.计算机的基本工作原理

• 计算机硬件组成的细化图：

  

4.1 运算器

• 运算器包含：

  • 算数逻辑单元ALU：存做的运算

  • 累加器ACC（Accumulator）

  • 乘商寄存器MQ（Multiplier-Quotient Register）

  • 操作数寄存器X：存第二个操作数——加数、减数、被乘数、除数

• 运算器各部位存放内容

  

4.2 存储器

• 存储器的组成

  • 存储器
    • 辅助存储器
    • 主存储器
      • 存储体
      • 存储器地址寄存器MAR
      • 存储器数据寄存器MDR

• 存储体：由很多个存储单元组成

  • 每个存储单元由若干个存储元件组成。
    • 每个存储元件能存储一位二进制数
  • 一个存储单元中可存储一串二进制信息，称这串二进制信息为一个存储字，这串二进制信息的位数称为存储字长。
  • 给每个存储单元都赋予一个编号，称为存储单元的地址。

• 地址寄存器MAR：存放欲访问的存储单元的地址

  • MAR的位数（长度），决定了存储单元的数量：$2^{位数}$

• 数据寄存器MDR：存放从存储体的某个存储单元取出的信息或准备往某个存储单元存入的信息。

  • MDR的位数（长度），与存储字长相等。

• 换算单位

  

4.3 控制器

• 控制器的作用

  1.取指过程：从主存中读取一条指令。

  2.分析过程：对指令分析，指出指令要完成的操作，并按寻址特征指明操作数的地址。

  3.执行过程：根据指令的操作码和操作数所在地址完成操作。

• 组成

  • 程序计数器PC：存放当前欲执行的地址
    • PC与MAR间有一条直接通路。
    • PC自动形成下一条指令的地址（自动加一）。
  • 指令寄存器IR：存放当前的指令
    • IR的内容来自MDR。
    • IR中的操作码（用OP(IR)表示）会送至CU，用来分析指令。
    • IR中的地址码（用Ad(IR)表示）作为操作数的地址送至MAR，用来从内存中取操作数。
  • 控制单元CU：分析当前指令所需操作，并发出微指令。

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